一種二次再熱超超臨界鍋爐及其受熱面布置方法與流程

2023-05-18 15:25:11 1

本發明屬於燃煤鍋爐技術領域，具體涉及一種二次再熱超超臨界鍋爐及其受熱面布置方法。

背景技術：

超超臨界燃煤發電技術是一種先進、高效的發電技術，它比超臨界機組的熱效率高出約4％，與常規燃煤發電機組相比優勢就更加明顯。目前，超超臨界機組的鍋爐內工質均為水，超臨界和超超臨界並無嚴各的界限，國內及國際上一般認為只要主蒸汽溫度達到或過600℃，就認為是超超臨界機組。

從2006年第一臺百萬級超超臨界機組投運以來，國內已經有近50臺百萬級超超臨界機組投入商業運行。為了進一步提高超超臨界機組的發電效率，研究人員提出了二次再熱的結構設想並付諸實施。研究發現，二次再熱在應用時存在一次再熱蒸汽和二次蒸汽蒸汽溫度達不到設計值的問題。在發明專利201110276427.0中公開了一種700℃機組超超臨界鍋爐的蒸汽系統的受熱面布置結構，其在水冷壁受熱面增加壁掛式輻射受熱面，這種將部分再熱器提前的方式容易導致結焦結渣；發明專利201610381277.2公開了650℃先進超超臨界機組鍋爐的再熱器，其通過使用先進材料以增加再熱器傳熱效率的方法提高再熱蒸汽溫度，這種方法提高蒸汽溫度顯然有局限性。也即目前尚缺少針對一次、二次再熱蒸汽溫度達不到設計值的問題的有效解決方案。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種二次再熱超超臨界鍋爐及其受熱面布置方法，其可有效解決一次、二次再熱蒸汽溫度達不到設計值的問題並提高發電效率。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種二次再熱超超臨界鍋爐，其包括爐膛、灰渣鬥和煙道，所述爐膛豎直設置且其下端連通所述灰渣鬥、上端連通所述煙道，所述爐膛側壁分為水冷壁和再熱壁兩部分，所述水冷壁位於所述再熱壁下方，所述水冷壁的中部或下部區域設置有燃燒器，所述再熱壁分為離地高度相等或接近的一次再熱壁和二次再熱壁兩部分，所述煙道內沿煙氣的前進方向依次設置有高溫過熱器、高再冷再熱器組、低溫過熱器、高再熱再熱器組、低溫再熱器組和省煤器，所述高再冷再熱器組包括並列設置的一次再熱高再冷再熱器和二次再熱高再冷再熱器，所述高再熱再熱器組包括並列設置的一次再熱高再熱再熱器和二次再熱高再熱再熱器，所述低溫再熱器組包括並列設置的一次再熱低溫再熱器和二次再熱低溫再熱器，所述省煤器、水冷壁、低溫過熱器、高溫過熱器依次通過管道連通，以保證工質被依次梯級加熱並送往高壓汽輪機做功；所述一次再熱壁、一次再熱低溫再熱器、一次再熱高再冷再熱器、一次再熱高再熱再熱器依次通過管道連通，以保證一次再熱乏汽依次梯級加熱並送往中壓汽輪機做功；所述二次再熱壁、二次再熱低溫再熱器、二次再熱高再冷再熱器、二次再熱高再熱再熱器依次通過管道連通，以保證二次再熱乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機做功。再熱泛汽是指通入汽輪機中蒸汽在釋放熱勢能做功之後由排汽孔排出的汽，一次再熱泛汽是指高壓汽輪機排出的汽，二次再熱乏汽指中壓汽輪機排出的汽。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱一次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁，所述再熱前置冷卻壁、一次再熱壁、一次再熱低溫再熱器、一次再熱高再冷再熱器、一次再熱高再熱再熱器依次通過管道連通，以保證一次再熱乏汽依次梯級加熱並送往中壓汽輪機做功。該結構設計的好處在於，可有效保證通入中壓汽輪機的蒸汽溫度達到設定值(達標)。

進一步，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱二次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁，所述再熱前置冷卻壁、二次再熱壁、二次再熱低溫再熱器、二次再熱高再冷再熱器、二次再熱高再熱再熱器依次通過管道連通，以保證二次乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機做功。該結構設計的優點在於，可有效保證通入低壓汽輪機的蒸汽溫度達到設定值。

進一步，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立的聯箱，所述一次再熱壁由所述前壁、後壁、左壁和右壁中的任意兩個或三個及相應的獨立聯箱組成。該結構的優勢在於，前壁、後壁、左壁、右壁中的任一個及其兩端的獨立聯箱均為一個獨立的吸熱部件，可根據中壓做功和低壓做功的負荷靈活選用合適的組合形成一次再熱壁和二次再熱壁。

進一步，所述一次再熱壁由所述前壁和後壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁由所述左壁和右壁及相應的獨立聯箱組成。

進一步，所述一次再熱壁由所述前壁和左壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁由所述後壁和右壁及相應的獨立聯箱組成。

進一步，所述一次再熱壁由前壁、後壁、左壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁由所述右壁及相應的獨立聯箱組成。

進一步，沿著煙氣的前進方向，所述煙道內的所述省煤器之後還設置有空氣預熱器，空氣經空氣預熱器預熱後與煤粉混合併進入所述燃燒器內。

本發明還提供一種二次再熱超超臨界鍋爐的受熱面布置方法，其將豎直的爐膛的側壁分為水冷壁和再熱壁兩部分，所述水冷壁位於所述再熱壁下方，所述再熱壁分為一次再熱壁和二次再熱壁，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立的獨立聯箱，所述一次再熱壁由所述前壁、後壁、左壁和右壁中的任意兩個或三個及相應的獨立聯箱組成。

在上述受熱面布置方法的基礎上，還可以有如下改進。

進一步，所述爐膛的下端連接有灰渣鬥，所述灰渣鬥的側壁上設置有對一次再熱乏汽或二次再熱乏汽進行預熱的再熱前置冷卻壁。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)再熱壁的結構設計新穎，包括離地高度相近或相等的一次再熱壁和二次再熱壁，即相當於沿一豎直面將再熱壁剖分成兩部分(包括但不限於該種情況)，在不增加爐膛高度和不在豎直方向依次一、二、三級吸熱結構的基礎上(本發明的二、三級吸熱結構位於同一高度或接近同一高度)，實現了水冷壁吸熱後的高壓做功、一次再熱的中壓做功和二次再熱的低壓做功，相對於現有技術中有同等效果的鍋爐，本發明的爐膛相對可設計的更矮且結構更簡單。

(2)現有技術中的一次再熱壁和二次再熱壁的吸熱量通常是固定的，當出現中壓做功或低壓做功再熱蒸汽不達標的情況時，難以通過調節。本發明的一次再熱壁和二次再熱壁的吸熱量可調節，一次再熱壁可以選擇前、後、左、右四壁中的兩個或三個，剩下的為二次再熱壁，故其吸熱量可以有較大範圍的調節；另外，本發明還可以在灰渣鬥處設置預熱再熱乏汽的再熱前置冷卻壁，其與一次再熱壁或二次再熱壁的配合，可更加靈活調節一次再熱和二次再熱的吸熱量，以使再熱蒸汽的溫度達標。

(3)本發明的煙道內沿煙氣前進方向依次設置了高溫過熱器、高再冷再熱器組、低溫過熱器、高再熱再熱器組、低溫再熱器組和省煤器，多級吸熱結構，可有效實現工質的梯級加熱，保證通入汽輪機的蒸汽溫達標。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種二次再熱超超臨界鍋爐的結構示意圖；

圖2為圖1所示鍋爐的再熱壁沿a-a』的截面圖；

圖3為實施例1中提供的二次再熱超超臨界鍋爐各部件的連接示意圖；

圖4為實施例2中提供的二次再熱超超臨界鍋爐各部件的連接示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1.水冷壁；2.再熱壁；3.燃燒器；4.一次再熱壁；5.二次再熱壁；6.高溫過熱器；7.一次再熱高再冷再熱器；8.二次再熱高再冷再熱器；9.低溫過熱器；10.一次再熱高再熱再熱器；11.二次再熱高再熱再熱器；12.一次再熱低溫再熱器；13.二次再熱低溫再熱器；14.省煤器；15.再熱前置冷卻壁；16.空氣預熱器；17.高壓汽輪機；18.中壓汽輪機；19.低壓汽輪機。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。

如圖1至4所示，本發明提供一種二次再熱超超臨界鍋爐，其包括爐膛、灰渣鬥和煙道，所述爐膛豎直設置且其下端連通所述灰渣鬥、上端連通所述煙道，所述爐膛側壁分為水冷壁1和再熱壁2兩部分，所述水冷壁1位於所述再熱壁2下方，所述水冷壁1的中部或下部區域設置有燃燒器3，所述再熱壁2分為離地高度相等或接近的一次再熱壁4和二次再熱壁5兩部分，所述煙道內沿煙氣的前進方向依次設置有高溫過熱器6、高再冷再熱器組、低溫過熱器9、高再熱再熱器組、低溫再熱器組和省煤器14，所述高再冷再熱器組包括並列設置的一次再熱高再冷再熱器7和二次再熱高再冷再熱器8，所述高再熱再熱器組包括並列設置的一次再熱高再熱再熱器10和二次再熱高再熱再熱器11，所述低溫再熱器組包括並列設置的一次再熱低溫再熱器12和二次再熱低溫再熱器13，所述省煤器14、水冷壁1、低溫過熱器9、高溫過熱器6依次通過管道連通，以保證工質被依次梯級加熱並送往高壓汽輪機17做功；所述一次再熱壁4、一次再熱低溫再熱器12、一次再熱高再冷再熱器7、一次再熱高再熱再熱器10依次通過管道連通，以保證一次再熱乏汽依次梯級加熱並送往中壓汽輪機18做功；所述二次再熱壁5、二次再熱低溫再熱器13、二次再熱高再冷再熱器8、二次再熱高再熱再熱器11依次通過管道連通，以保證二次再熱乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機19做功。

在上述基本結構的基礎上，本發明還提供如下更具體的實施方式。

實施例1

如圖2所示，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁2分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立聯箱，所述一次再熱壁4由所述前壁和後壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁5由所述左壁和右壁及相應的獨立聯箱組成。由圖2中可見，前、後壁較窄，左、右壁較寬，故一次再熱壁和二次再熱壁的換熱面積明顯不同，一次再熱的吸熱面積相對較小，此時若一次再熱蒸汽的溫度達不到設定要求(即通入中壓汽輪機做功的蒸汽溫度低於設定值)，可對一次再熱乏汽進行預熱，如圖3所示，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱一次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁15，所述再熱前置冷卻壁15、一次再熱壁4、一次再熱低溫再熱器12、一次再熱高再冷再熱器7、一次再熱高再熱再熱器10依次通過管道連通，以保證一次再熱乏汽依次梯級加熱並送往中壓汽輪機18做功。

實施例2

如圖2所示，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁2分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立聯箱，所述一次再熱壁4由所述前壁和後壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁5由所述左壁和右壁及相應的獨立聯箱組成，由圖2中可見，前、後壁較窄，左、右壁較寬，故一次再熱壁和二次再熱壁的換熱面積明顯不同，一次再熱的吸熱面積相對較小。若二次再熱蒸汽溫度仍達不能到設定要求(即通入低壓汽輪機做功的蒸汽溫度低於設定值)，可對二次再熱乏汽進行預熱，如圖4所示，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱一次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁15，所述再熱前置冷卻壁15、二次再熱壁5、二次再熱低溫再熱器13、二次再熱高再冷再熱器8、二次再熱高再熱再熱器11依次通過管道連通，以保證二次乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機19做功。

實施例3

爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁2分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立聯箱，所述一次再熱壁4由前壁、後壁、左壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁5由所述右壁及相應的獨立聯箱組成。此時二次再熱壁5的吸熱面積相對較小，若二次再熱蒸汽溫度達不到設定要求，可對二次再熱乏汽先進行預熱，如圖4所示，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱二次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁15，所述再熱前置冷卻壁15、二次再熱壁5、二次再熱低溫再熱器13、二次再熱高再冷再熱器8、二次再熱高再熱再熱器11依次通過管道連通，以保證二次乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機19做功。

實施例4

爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁2分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立聯箱，所述一次再熱壁4由前壁、左壁、右壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁5由所述後壁及相應的獨立聯箱組成。此時二次再熱壁5的吸熱面積相對較小，若二次再熱蒸汽溫度達不到設定要求，可對二次再熱乏汽先進行預熱，如圖4所示，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱二次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁15，所述再熱前置冷卻壁15、二次再熱壁5、二次再熱低溫再熱器13、二次再熱高再冷再熱器8、二次再熱高再熱再熱器11依次通過管道連通，以保證二次乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機19做功。

實施例5

爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁2分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立聯箱，所述一次再熱壁4由後壁、左壁、右壁及相應的獨立聯箱組成，所述二次再熱壁5由所述前壁及相應的獨立聯箱組成。此時二次再熱壁5的吸熱面積相對較小，若二次再熱蒸汽溫度達不到設定要求，可對二次再熱乏汽先進行預熱，如圖4所示，所述灰渣鬥側壁上設置有用於預熱二次再熱乏汽的再熱前置冷卻壁15，所述再熱前置冷卻壁15、二次再熱壁5、二次再熱低溫再熱器13、二次再熱高再冷再熱器8、二次再熱高再熱再熱器11依次通過管道連通，以保證二次乏汽依次梯級加熱並送往低壓汽輪機19做功。進一步的，沿著煙氣的前進方向，所述煙道內的所述省煤器14之後還設置有空氣預熱器16，空氣經空氣預熱器16預熱後與煤粉混合併進入所述燃燒器3內。

本發明還提供一種二次再熱超超臨界鍋爐的受熱面布置方法，其將豎直的爐膛的側壁分為水冷壁1和再熱壁2兩部分，所述水冷壁1位於所述再熱壁2下方，所述再熱壁2分為一次再熱壁4和二次再熱壁5，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁2分為前壁、後壁、左壁和右壁，所述前壁、後壁、左壁和右壁的上下兩端均分別設置有獨立聯箱，所述一次再熱壁4由所述前壁、後壁、左壁和右壁中的任意兩個或三個及相應的獨立聯箱組成。所述爐膛的下端連接有灰渣鬥，所述灰渣鬥的側壁上設置有對再熱乏汽(一次再熱乏汽或二次再熱乏汽)進行預熱的再熱前置冷卻壁15。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。